DE1224934B - Method and device for the production of polycrystalline metal hair - Google Patents
Method and device for the production of polycrystalline metal hairInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. CL:Int. CL:
C22bC22b
Deutsche Kl.: 40 a - 5/20 German class: 40 a - 5/20
Nummer: 1224 934Number: 1224 934
Aktenzeichen: Sch 36084 VI a/40 aFile number: Sch 36084 VI a / 40 a
Anmeldetag: 10. November 1964Filing date: November 10, 1964
Auslegetag: 15. September 1966Opening day: September 15, 1966
Es ist bekannt, daß die Koagulation (Zusammenlagerang kolloidaler Partikeln zu Aggregaten) aus Metallkolloiden, die ferromagnetische Elementarbereiche repräsentieren, in Gasen mit extrem großer Geschwindigkeit erfolgt und daß sich hierbei Ketten aus Elementarkristalliten bilden. Solche kettenartigen Koagulationen bilden die Ursache für ein zufälliges Nebenprodukt bei der Herstellung von Eisenpulver durch Zersetzung von Eisencarbonyl und lassen verfilzte Massen, sogenannte Eisenwatte, entstehen. Es wurde bereits versucht, ähnliche zellenförmige Aggregationen absichtlich herzustellen, indem man sammelnde magnetische Felder anwandte, um stäbchenförmige magnetische Werkstoffe zu gewinnen, beispielsweise für Tonträger. Diese bekannten Verfahren sind aber nicht geeignet, um beliebig lange und dicke, homogen aufgebaute Metallhaare zu erzeugen, da sie infolge unbehinderten Anwachsens der ursprünglich sehr kleinen primären Metallkolloide zum Zusammenschluß mehr oder weniger großer kornförmiger Aggregationen führen.It is known that coagulation (aggregation of colloidal particles into aggregates) consists of Metal colloids, which represent ferromagnetic elementary areas, in gases with extremely large Speed takes place and that this creates chains of elementary crystallites. Such chain-like Coagulation is the cause of a random by-product in the manufacture of iron powder by the decomposition of iron carbonyl and create matted masses, so-called iron wadding. It attempts have been made to deliberately produce similar cellular aggregations by collecting applied magnetic fields to win rod-shaped magnetic materials, for example for sound carriers. However, these known methods are not suitable for producing any length or thickness, to produce homogeneously structured metal hairs, as they are due to the unhindered growth of the originally very small primary metal colloids to merge more or less large granular ones Lead aggregations.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, polykristalline Metallhaare in vorher bestimmbarer Länge und Dicke aus der Gasphase herzustellen, die sich durch außerordentliche Festigkeit auszeichnen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß so verfahren, daß zuerst Carbonyle ferromagnetischer Metalle in einen sauerstofffreien, beispielsweise mit inerten Gasen gefüllten Raum in geringsten Mengen, in der Größenordnung von 10—4 bis 1O-10 Mol pro cm8 dieses Raumes entgegen einem in diesem Raum erzeugten Temperaturgefälle eingespeist werden, wobei die durch die thermische Zersetzung der Carbonyle frei werdenden Metallatome sich zu kleinsten Kristalliten agglomerieren, die durch ein homogenes Magnetfeld in zueinander und zu den Kraftlinien des Magnetfeldes parallelen Aggregationsketten geordnet werden, welche durch das Magnetfeld mechanisch stabilisiert werden, worauf in den Raum weiter Carbonyle ferromagnetischer und/oder paramagnetischer Metalle eingespeist und entgegen dem Temperafurgefälle durch den Raum hindurchgeführt werden unter gleichzeitiger Angleichung der Temperatur der Aggregationsketten an die für eine kohärente Abscheidung dieser Metalle erforderliche Temperatur, bis die Metallhaare die gewünschte Dicke haben.The invention has set itself the task of producing polycrystalline metal hairs in a predetermined length and thickness from the gas phase, which are characterized by extraordinary strength. To solve this object is achieved according to proceed so that first carbonyls ferromagnetic metals in an oxygen-free, filled, for example, with inert gases space in the smallest quantities, on the order of 10- 4 to 1O -10 moles per cm 8 of this space towards one in this space generated temperature gradient are fed in, whereby the metal atoms released by the thermal decomposition of the carbonyls agglomerate to the smallest crystallites, which are arranged by a homogeneous magnetic field in aggregation chains parallel to each other and to the lines of force of the magnetic field, which are mechanically stabilized by the magnetic field, whereupon in Carbonyls of ferromagnetic and / or paramagnetic metals are fed into the room and passed through the room against the temperature gradient, while at the same time adjusting the temperature of the aggregation chains to the temperature required for a coherent separation of these metals, until the metal hairs are the desired thickness.
Auf diese Weise ist es möglich, Metallhaare herzustellen, die ein sehr großes Verhältnis von Durchmesser
zu Länge, beispielsweise bis 1:100 000 und darüber haben und bei denen der Durchmesser des
Haares zum Durchmesser der Koagulationskette in einem Verhältnis bis 1000 000:1 und darüber stehen
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von
polykristallinen MetallhaarenIn this way it is possible to produce metal hairs which have a very large ratio of diameter to length, for example up to 1: 100,000 and above, and in which the diameter of the hair to the diameter of the coagulation chain is in a ratio of up to 1,000,000: 1 and above are available method and apparatus for the production of
polycrystalline metal hair
Anmelder:Applicant:
Hermann J. Schladitz,
München 19, Ruffinistr. 12-14Hermann J. Schladitz,
Munich 19, Ruffinistr. 12-14
Als Erfinder benannt:
Hermann J. Schladitz, MünchenNamed as inventor:
Hermann J. Schladitz, Munich
kann. Durch diesen Aufbau der einzelnen Metallhaare können die daraus beispielsweise durch Sintern hergestellten Werkstoffe bisher nicht erreichte Festigkeitswerte erhalten.can. This structure of the individual metal hairs can be used, for example, by sintering manufactured materials receive previously unattained strength values.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen beispielsweise Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt sind.Further details and features of the invention emerge from the following description in FIG Connection with the drawings, in which, for example, devices for carrying out the invention Procedure are shown.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 sind in einem Reaktionsgefäß 1 eine gasdurchlässige, aber elektrisch isolierte Heizfläche 2 und dieser gegenüberliegend eine Verdampfungs- bzw. Austrittsquelle 3 für die gasförmigen Metallverbindungen angeordnet, so daß ein Temperaturgefälle von der Fläche 2 zur Quelle 3 erzeugt werden kann. Die Quelle 3 weist Poren auf, welche den Austritt der Metallverbindungen mit gleichmäßigem, möglichst nicht turbulentem Strom gestatten. Der Innenraum des Reaktionsgefäßes 1 unterliegt dem Einfluß eines magnetischen Feldes, das parallel zur Heizfläche 2 gerichtet ist. Dieses Magnetfeld ist innerhalb der Ausdehnung der Heizfläche 2 möglichst homogen und kann durch in geeigneter Entfernung angeordnete Magnetpole 4 und 5 oder durch eine Magnetspule erzeugt werden.In the device according to FIG. 1, a reaction vessel 1 is a gas-permeable, but electrical insulated heating surface 2 and opposite this an evaporation or exit source 3 arranged for the gaseous metal compounds, so that a temperature gradient from the surface 2 to Source 3 can be generated. The source 3 has pores which allow the metal compounds to emerge with even, if possible, non-turbulent flow. The interior of the reaction vessel 1 is subject to the influence of a magnetic field which is directed parallel to the heating surface 2. This magnetic field is as homogeneous as possible within the extension of the heating surface 2 and can be passed through in Magnetic poles 4 and 5 arranged at a suitable distance or generated by a magnetic coil.
Nachdem der Innenraum des Reaktionsgefäßes 1 mittels sauerstofffreien Gasen in bekannter Weise ausgespült und gefüllt ist und die Temperatur der Heizfläche 2 auf einen Wert gebracht wurde, der wesentlich über der Temperatur der völligen Zersetzung des Metallcarbonyle liegt, z. B. für Eisenpentacarbonyl auf eine Temperatur zwischen 250 und 350° C,After the interior of the reaction vessel 1 has been flushed out in a known manner by means of oxygen-free gases and is filled and the temperature of the heating surface 2 has been brought to a value that is essential is above the temperature of complete decomposition of the metal carbonyls, e.g. B. for iron pentacarbonyl to a temperature between 250 and 350 ° C,
so wird dem Reaktionsraum des Gefäßes 1 aus der Quelle 3 eine sehr geringe Menge eines Metallcarbonyle, und zwar in der Größenordnung von 10~4bisso the reaction chamber of the vessel 1 is obtained from the source 3, a very small amount of metal carbonyls, in the order of 10 ~ 4 to
609 660/338609 660/338
Mol pro cm3 des Zersetzungsraumes zugeführt. Indem bei der Zuführung des Metallcarbonyle in den Reaktionsraum jede Turbulenz durch Strömung vermieden wird, findet in dem gegen das Temperaturgefälle auf die Heizfläche 2 zudringenden Metallcarbonyl in breiter Front eine Zersetzung statt, unter Ausscheidung von Metallatomen, die in außenordentlich kurzer Zeit ferromagnetische Kristallite bilden, welche sich in ebenfalls äußerst kurzer Zeit zu kettenartigen Aggregationen formieren. Die zunächst zur Zersetzung gebrachte Menge des Metallcarbonyle ist so bemessen, daß sie nur im Verhältnis 1:104 bis 1:107 zu derjenigen Menge des Metallcarbonyle steht, die später noch zur tatsächlichen Metallhaarbildung aufgewendet wird. Durch diese zunächst geringe Zufuhr des Metallcarbonyle wird erreicht, daß sich diese spontan gebildeten Ketten in der Folge nicht mehr wesentlich durch seitliche Anlagerungen weiterer ferromagnetischer Elementarteilchen verstärken können und daß auch von vomeherein diese ao Elementarteilchen vor ihrer Kettenbildung nicht erst zu größeren ferromagnetischen Teilchen anwachsen können.Mol per cm 3 of the decomposition space supplied. Since any turbulence due to flow is avoided when the metal carbonyl is fed into the reaction space, the metal carbonyl reaching the heating surface 2 against the temperature gradient is decomposed on a broad front, with the precipitation of metal atoms that form ferromagnetic crystallites in an extraordinarily short time also form into chain-like aggregations in an extremely short time. The amount of metal carbonyl initially decomposed is such that it is only in a ratio of 1:10 4 to 1:10 7 to that amount of metal carbonyl which is later used to actually form metal hairs. This initially low supply of metal carbonyls ensures that these spontaneously formed chains can no longer be significantly strengthened by the lateral accumulation of further ferromagnetic elementary particles and that these ao elementary particles cannot grow into larger ferromagnetic particles before they are chain-formed.
Der Einfluß des homogenen Magnetfeldes unterstützt die magnetische Ausrichtung der beschriebenen primären Koagulationsketten zueinander und ihren Zusammenschluß zu längeren Aggregaten. Vor allem verhindert der Einfluß des homogenen Magnetfeldes, daß solche längeren Kettenaggregate sofort wieder durch die Wirkung der Braunschen Bewegung irregulär verformt und zerrissen werden. Durch diese Maßnahme wird also erreicht, daß die Kettenaggregate beliebig lange aufrechterhalten werden können, während sie ohne diese Maßnahme nur vorübergehend existenzfähig wären und in kurzer Zeit zu kornartigen Aggregationen umgewandelt würden.The influence of the homogeneous magnetic field supports the magnetic alignment of the described primary coagulation chains to each other and their union to form longer aggregates. Above all the influence of the homogeneous magnetic field prevents such longer chain assemblies from being restored immediately are irregularly deformed and torn by the action of Braun's motion. Through this Measure is thus achieved that the chain units can be maintained as long as desired, while without this measure they would only be able to exist temporarily and would increase in a short time granular aggregations would be converted.
Die durch das Magnetfeld mechanisch stabilisierten primären Ketten und deren Aggregationen zu längeren Gebilden rücken unmittelbar nach ihrer parallelen Formierung gegenseitig voneinander ab, da sie mikrofeine parallele Magnetstäbe darstellen, und erfüllen den Raum zwischen der Heizplatte 2 und der Quelle 3, obwohl sie ursprünglich in einer begrenzten Zone im Wärmegefälle entstanden waren. Die Verstärkung der außerordentlich dünnen primären Ketten wird danach durch weitere Abscheidung von Metallen vorgenommen, indem weitere Mengen von Metallcarbonylen aus der Quelle 3 zugeführt werden. Es ist charakteristisch für das Verfahren der Erfindung, daß mit der primären Bildung der Koagulationsketten bereits die endgültige Länge der künftig aus ihnen entstehenden stärkeren Metallhaare vorbestimmt werden kann. Diese kann beispielsweise mehrere Zentimeter betragen. Die Länge der Koagulationsketten wird durch die Längenausdehnung der Quelle 3 bestimmt, da diese dafür verantwortlich ist, wie lange die Wolke von Metallkolloiden im Reaktionsraum ist, aus der sich die beschriebenen Ketten bilden. Die Längenbegrenzung der Ketten geschieht durch die Wände 6 und 7 des Reaktionsgefäßes 1 bzw. durch Wände 8 und 9 im Reaktionsraum, da es sich erwiesen hat, daß die Koagulationsketten sich an festen Oberflächen sehr stark verankern und daß diese Verankerung zu ihrer mechanischen Stabilität wesentlich beitragen kann.The primary chains mechanically stabilized by the magnetic field and their aggregations close longer structures move away from each other immediately after their parallel formation, since they represent micro-fine parallel magnetic bars and fill the space between the heating plate 2 and the source 3, although they were originally created in a limited zone in the thermal gradient. The reinforcement of the extremely thin primary chains is then through further deposition of metals by adding further amounts of metal carbonyls from source 3 will. It is characteristic of the process of the invention that with the primary formation the coagulation chains already have the final length of the stronger metal hairs that will emerge from them in the future can be predetermined. This can be several centimeters, for example. The length of the coagulation chains is determined by the length expansion of the source 3, as this is responsible for it is how long the cloud of metal colloids is in the reaction space from which the described Form chains. The length of the chains is limited by the walls 6 and 7 of the Reaction vessel 1 or through walls 8 and 9 in the reaction space, since it has been shown that the Coagulation chains anchor themselves very strongly to solid surfaces and that this anchorage is theirs mechanical stability can contribute significantly.
Es ist auch charakteristisch für das Verfahren nach der Erfindung, daß das Magnetfeld lediglich eine mechanische Stabilisation der Ketten ausübt. Sobald eine genügende Anzahl von magnetisch stabilisierten Ketten im Reaktionsraum vorhanden ist, soll keine Neubildung von weiteren Ketten bei weiterer Zufuhr von Metallverbindungen erfolgen. Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Temperatur der Ketten, d. h. also praktisch die Temperatur im Reaktionsgefäß 1, vor weiterer Zufuhr von Carbonylen an die Temperatur angeglichen wird, die zur kohärenten Abscheidung des Metalls aus dieser Verbindung erforderlich ist. So erfolgt beispielsweise die weitere Zufuhr von Carbonylen aus ferromagnetischen Metallen erst dann, wenn die Temperatur des Raumes, in dem sich die Ketten befinden, so weit gesenkt ist, daß sich weder neue Ketten bilden können noch größere Aggregationen von Metallpartikeln, die durch das Magnetfeld zu Zeilen gesammelt werden können, sondern sich das Metall direkt an den vorhandenen Ketten anlagert.It is also characteristic of the method according to the invention that the magnetic field is only one exerts mechanical stabilization of the chains. Once a sufficient number of magnetically stabilized If there are chains in the reaction space, no new chains should be formed upon further supply made of metal compounds. According to the method according to the invention, this is achieved by that the temperature of the chains, d. H. so practically the temperature in the reaction vessel 1, before further supply of carbonyls is adjusted to the temperature required for coherent separation of the metal from this compound is required. This is how, for example, the further supply of Carbonyls from ferromagnetic metals only when the temperature of the room in which is the chains are so low that neither new chains nor larger ones can form Aggregations of metal particles that can be collected into lines by the magnetic field, but the metal attaches itself directly to the existing chains.
Aus diesem Grunde wird das Wärmegefälle durch Senken der Temperatur der Heizfläche 2 entsprechend vermindert, bis der Raum, in dem sich die zu verstärkenden Ketten befinden, eine Temperatur aufweist, welche in bekannter Weise zur kohärenten Abscheidung von Metallen aus gasförmigen Metallverbindungen erforderlich ist. Bekanntlich ist diese günstige Zersetzungstemperatur nicht diejenige Temperatur, welche zur völligen Zersetzung des Metallcarbonyls erforderlich wäre, sondern sie liegt niedriger. Bei Eisenpentacarbonyl liegt diese günstige Zersetzungstemperatur zwischen 60° und 200° C, wenn die Koagulationsketten aus Eisenkristalliten bestehen, da das Eisen die Zersetzung von Eisenpentacarbonyl katalytisch beschleunigt. Die zur günstigen Zersetzung des Eisencarbonyls oder anderer Metallverbindungen erforderliche Temperatur wird durch ein oder mehrere Thermoelemente kontrolliert.For this reason, the heat gradient is adjusted accordingly by lowering the temperature of the heating surface 2 reduced until the room in which the chains to be reinforced are located has a temperature which in a known manner for the coherent separation of metals from gaseous metal compounds is required. It is well known that this favorable decomposition temperature is not the temperature which would be required for complete decomposition of the metal carbonyl, but it is lower. In the case of iron pentacarbonyl, this favorable decomposition temperature is between 60 ° and 200 ° C, if The coagulation chains consist of iron crystallites because the iron decomposes iron pentacarbonyl catalytically accelerated. Those for the favorable decomposition of iron carbonyl or other metal compounds required temperature is controlled by one or more thermocouples.
Unter der kohärenten Abscheidung der Metalle wird eine Abscheidung verstanden, bei der die während der Abscheidung an der Haaroberfläche gebildeten feinsten Metallkristalliten zusammenhängend und fest miteinander verwachsen und nicht etwa nur lose Abscheidungen von kristallinen Teilchen ohne festen Zusammenhang untereinander darstellen.The coherent deposition of the metals is understood to mean a deposition in which the during The finest metal crystallites formed on the hair surface are coherent with the deposition and firmly grown together and not just loose deposits of crystalline particles without represent a fixed relationship with each other.
Für die Abscheidung von nicht ferromagnetischen Metallen aus Carbonylen, welche eine höhere Zersetzungstemperatur erfordern, muß die Temperatur entsprechend erhöht werden. Indem nun laufend aus der Quelle 3 neue Mengen von Metallcarbonyl in Richtung auf die Ketten strömen und sich an ihnen oder zwischen ihnen zersetzen, verstärken sich die Ketten laufend in ihrem Durchmesser, so daß sie in kurzer Zeit einen Zuwachs an Masse erfahren, deren Wachstumsrate den Betrag von mehreren Zehnerpotenzen ausmachen kann. Die so erzeugten Metallhaare haben eine homogene Zusammensetzung aus äußerst feinen Einzelkristalliten, sind also nicht magnetisch bedingte Aggregationen von kornartigen Metallkeimen oder polykristallinen Metallkörnchen.For the separation of non-ferromagnetic metals from carbonyls, which have a higher decomposition temperature require, the temperature must be increased accordingly. By now running out the source 3 new amounts of metal carbonyl flow towards the chains and attach themselves to them or decompose between them, the chains continuously increase in diameter, so that they are in experience an increase in mass for a short time, the rate of growth of which is several powers of ten can make out. The metal hairs produced in this way have a homogeneous composition extremely fine single crystallites, so they are not magnetically conditioned aggregations of grain-like Metal nuclei or polycrystalline metal granules.
Da diese Metallhaarbildung nach dem Verfahren der Erfindung in seinem zweiten Verfahrensabschnitt, nämlich der Metallablagerung an magnetisch stabilisierten Ketten, unabhängig von der Verwendung ferromagnetischer Metalle ist, können auf den Ketten zum Zwecke der Verstärkung auch andere Metalle außer dem Metall verwendet werden, aus dem die Kette besteht. Außer aus ferromagnetischen Metallcarbonylen können diese Metalle auch aus anderenSince this metal hair formation according to the method of the invention in its second process stage, namely the metal deposition on magnetically stabilized chains, regardless of the use If ferromagnetic metals are used, other metals can also be used on the chains for reinforcement purposes other than the metal from which the chain is made. Except from ferromagnetic metal carbonyls these metals can also be made from other metals
thermisch zersetzbaren Metallcarbonylen abgeschieden werden, so daß durch die beschriebene Verfahrensweise Metallhaare beispielsweise aus Molybdän, Wolfram, usw. hergestellt werden können. Die Erzeugung von Haaren nach dem Verfahren der Erfindung ist nicht auf reine Metalle beschränkt, sondern es können aus der Gasphase auch Legierungen oder Verbindungen abgeschieden werden.thermally decomposable metal carbonyls are deposited, so that by the procedure described Metal hairs, for example from molybdenum, tungsten, etc. can be made. The production of hair by the method of the invention is not limited to pure metals, but alloys or compounds can also be deposited from the gas phase.
In F i g. 2 und 3 wird eine Vorrichtung gezeigt, in welcher nach dem Verfahren gemäß der Erfindung Metallhaare hergestellt werden. F i g. 3 stellt die vollständige Vorrichtung dar, F i g. 2 zeigt den Bereich A der F i g. 3 im vergrößerten Maßstab.In Fig. 2 and 3 there is shown an apparatus in which metal hairs are produced according to the method according to the invention. F i g. 3 shows the complete device, FIG. 2 shows area A of FIG. 3 on an enlarged scale.
In F i g. 2 wird das Wärmegefälle von einem erhitzten, perforierten Metallrohr 2' auf ein konzentrisch in diesem angeordneten perforierten Metallrohr 3' erzeugt, das die Verdampfungsquelle für das Metallcarbonyl darstellt. Das Rohr 2' ist an seinem Außenmantel mit Heizstäben 10 versehen, welche zwischen sich Spalte für den Austritt des Gases aus dem Reaktionsraum V frei lassen und in ihrem Inneren eine isolierte elektrische Widerstandsheizung besitzen. Die Heizstäbe 10, die parallel oder in Serie geschaltet sind, sind gasdicht von einem weiteren Rohrmantel 11 umgeben, der in das Gasableitungsrohr 12 mündet. Innerhalb des perforierten, als Verdampfungsquelle dienenden Rohres 3' befindet sich ein mittels Thermostaten-Flüssigkeit auf über 102° C geheiztes Rohr 13, auf welchem ein Wendel 14 aufliegt. Die Thermostaten-Flüssigkeit wird durch das Rohr 13' zugeführt und fließt im Gegenstrom durch den Zwischenraum zwischen den Rohren 13 und 13'. Auf dem Wendel 14 sickert flüssiges Eisenpentacarbonyl auf einem spiraligen Weg nach unten, das in den Zwischenraum zwischen dem Heizrohr 13 und dem perforierten Rohr 3' durch das Röhrchen 15 eingespeist wird. Der Reaktionsraum V wird nach oben durch einen beweglichen Kolben 16 abgeschlossen, der nicht bündig an der Wand des Heizrohres 2' anliegt und deshalb den Zutritt von inerten Gasen zum Reaktionsraum 1' gestattet. Der Kolben 16 bildet einen einseitigen Haftpunkt für die später zu erzeugenden Ketten aus koagulierenden ferromagnetischen Elementarteilchen und dient nach Beendigung der Fadenherstellung zum Ausstoß der fertigen Metallhaare nach unten in das Sammelgefäß 17, das in F i g. 3 gezeigt ist. Dieses Sammelgefäß kann von der Apparatur abgenommen werden. Vorher werden die feinen Metallhaare durch die Zuführung 18 von einem inerten Gas überflutet, um sie vor spontaner Oxydation zu schützen. In F i g. 3 ist außerdem noch ein Getriebemotor 19 gezeigt, der über eine Welle 20 den Kolben 16 ab oder auf bewegt. Mit 21 und 22 sind Leitungen für die Zuführung von inertem Gas zum Reaktionsraum 1' bezeichnet.In Fig. 2, the heat gradient is generated from a heated, perforated metal tube 2 'to a perforated metal tube 3' arranged concentrically in this, which represents the evaporation source for the metal carbonyl. The tube 2 'is provided on its outer jacket with heating rods 10, which leave gaps between them for the gas to exit from the reaction space V and have an insulated electrical resistance heater in their interior. The heating rods 10, which are connected in parallel or in series, are surrounded in a gas-tight manner by a further pipe jacket 11 which opens into the gas discharge pipe 12. Inside the perforated tube 3 'serving as an evaporation source is a tube 13 which is heated to over 102 ° C. by means of a thermostatic fluid and on which a helix 14 rests. The thermostat liquid is supplied through the pipe 13 'and flows in countercurrent through the space between the pipes 13 and 13'. Liquid iron pentacarbonyl seeps down on the helix 14 in a spiral path and is fed through the tube 15 into the space between the heating tube 13 and the perforated tube 3 '. The reaction space V is closed at the top by a movable piston 16 which is not flush with the wall of the heating tube 2 'and therefore allows inert gases to enter the reaction space 1'. The piston 16 forms a one-sided adhesive point for the chains of coagulating ferromagnetic elementary particles to be produced later and, after the thread production has been completed, serves to eject the finished metal hairs down into the collecting vessel 17, which is shown in FIG. 3 is shown. This collecting vessel can be removed from the apparatus. Before this, the fine metal hairs are flooded with an inert gas through the feed 18 in order to protect them from spontaneous oxidation. In Fig. 3 also shows a geared motor 19 which moves the piston 16 up or down via a shaft 20. With 21 and 22 lines for the supply of inert gas to the reaction chamber 1 'are designated.
Die Arbeitsweise dieser Anordnung ist die folgende: Zunächst werden durch die Leitungen 21 und 22 in F i g. 3 zur Ausspülung des Reaktionsraumes V inerte Gase zugeführt, welche durch die Leitung 12 • strömen. Dann wird durch das Zuführungsrohr 15 eine geringe Menge Eisencarbonyl eingespeist, welches auf dem erhitzten Wendel 14 verdampft und durch das perforierte Rohr 3' dampfförmig in den Reaktionsraum 1' eindringt und hier zwischen den Rohren 2' und 3' in einer ringförmigen Zone Metallkolloide erzeugt, die sich unmittelbar darauf spontan zu Koagulationsketten formieren. Diese Koagulationsketten werden durch ein in Richtung der Achse des Rohres 2' verlaufendes homogenes Magnetfeld, welches in bekannter Weise durch eine Magnetspule erzeugt wird, so lange stabilisiert, bis nach vorheriger Senkung der Temperatur im Reaktionsraum 1' weiteres Eisencarbonyl durch das Rohr 15 in F i g. 2 eingespeist wird oder aber ein anderes thermisch spaltbares Metallcarbonyl, z. B. Nickeltetracarbonyl. Das Metallcarbonyl wird in der Folge laufend in großen Mengen aus der Quelle 3' verdampftThe operation of this arrangement is as follows. First, lines 21 and 22 in FIG. 3 inert gases supplied to flush out the reaction chamber V , which gases flow through line 12. Then a small amount of iron carbonyl is fed in through the feed pipe 15, which evaporates on the heated coil 14 and penetrates in vapor form through the perforated pipe 3 'into the reaction space 1' and here between the pipes 2 'and 3' generates metal colloids in an annular zone, which immediately afterwards spontaneously form into coagulation chains. These coagulation chains are stabilized by a homogeneous magnetic field running in the direction of the axis of the tube 2 ', which is generated in a known manner by a magnetic coil, until after the temperature in the reaction chamber 1' has been lowered, further iron carbonyl through the tube 15 in F i G. 2 is fed or another thermally cleavable metal carbonyl, z. B. Nickel tetracarbonyl. The metal carbonyl is then continuously evaporated in large quantities from the source 3 '
ίο und zersetzt sich an den Koagulationsketten, während zusätzlich durch das Zuführungsrohr 15 oder durch die Zuführungsrohre 21 und 22 in F i g. 3 geringe Mengen von inerten Gasen einströmen, welche in ihrer Menge so bemessen sind, daß sie keine Turbulenz erzeugen können, und welche vor allem einen geringen Überdruck im Reaktionsraum V erzeugen sollen, um mit Sicherheit das Eindringen von Sauerstoff auszuschalten. Nach genügender Verstärkung der primären Koagulationsketten werden die gebildeten Metallfaden durch den Kolben 16 in F i g. 2 in das Sammelgefäß 17 ausgestoßen, das in F i g. 3 gezeigt ist.ίο and decomposes on the coagulation chains, while additionally through the supply pipe 15 or through the supply pipes 21 and 22 in FIG. 3 small quantities of inert gases flow in, the quantity of which is such that it cannot generate any turbulence, and which should above all generate a slight overpressure in the reaction chamber V in order to reliably prevent the ingress of oxygen. After the primary coagulation chains have been sufficiently strengthened, the metal threads formed are removed by the piston 16 in FIG. 2 ejected into the collecting vessel 17, which is shown in FIG. 3 is shown.
Die Verdampfung der thermisch zersetzbaren Metallverbindung zum Zwecke der Verstärkung der Ketten durch Metallabscheidung unmittelbar im Reaktionsraum hat den großen Vorteil, daß relativ große Mengen des Metallcarbonyle pro Zeiteinheit verdampfen und zur Zersetzung gebracht werden können. Durch die Verdampfung des Carbonyls innerhalb des Reaktionsraumes können nicht nur flüssige thermisch zersetzbare, sondern auch feste, in einer inerten Flüssigkeit, z. B. Ölen, gelöste thermisch zersetzbare Metallcarbonyle, wie z. B. Molybdäncarbonyl in dampfförmigen Zustand unmittelbar der Zersetzungsreaktion zugeführt werden.The evaporation of the thermally decomposable metal compound for the purpose of strengthening the Chains by metal deposition directly in the reaction space has the great advantage that relative Vaporize large amounts of the metal carbonyls per unit of time and cause them to decompose can. Due to the evaporation of the carbonyl within the reaction chamber, not only liquid thermally decomposable, but also solid, in an inert liquid, e.g. B. oils, thermally dissolved decomposable metal carbonyls, such as. B. Molybdenum carbonyl in the vapor state directly the Decomposition reaction are fed.
Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten äußerst feinkristallinen Metallhaare haben eine hohe Festigkeit. Diese Metallhaare eignen sich daher besonders für die Herstellung von Sinterkörpern, da sie nicht wie andere inhomogen aufgebaute Fasern schon beim Pressen zerbrechen, sondern ihre haar- oder fadenförmige Struktur auch noch nach dem Sintern und Verformen erhalten. Desgleichen eignen sich diese Haare wegen ihrer hohen Festigkeit und ihres großen Verhältnisses von Durchmesser zu Länge zu der an sich bekannten Einbettung in eine Matrix. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Metallhaare können auch auf dem Wege der Kaltverformung, beispielsweise durch Kaltwalzen oder Pressen, oder Kaltverschweißung zu kompakten Werkstoffen verarbeitet werden. Die Herstellung von Metallhaaren nach dem Verfahren der Erfindung beinhaltet ebenfalls die Erzeugung von Metallhaaren, welche aus der gleichzeitigen Abscheidung von verschiedenen Carbonyl bildenden Metallen sowie aus der gleichzeitigen Abscheidung von Metallen und Nichtmetallen resultieren. Während der Bildung der Metallhaare durch Verstärkung der Ketten infolge Metallabscheidung können nichtmetallische Substanzen laufend oder intermittierend in gewissen zeitlichen Zwischenräumen mit abgeschieden werden. Andererseits kann während der Abscheidung von Metallen auch intermittierend in gewissen Zeitabständen eine oberflächliche Oxydation, Nitrierung usw. stattfinden.The extremely finely crystalline metal hairs produced by the process according to the invention have high strength. These metal hairs are therefore particularly suitable for the production of sintered bodies, because they do not break during pressing like other inhomogeneously structured fibers, but retain their hair-like or thread-like structure even after sintering and shaping. Likewise These hairs are suitable because of their high strength and their large ratio of diameter to length to the known embedding in a matrix. According to the invention Process produced metal hairs can also be done by cold deformation, for example processed into compact materials by cold rolling or pressing, or cold welding will. The manufacture of metal hair by the method of the invention also includes the generation of metal hairs resulting from the simultaneous deposition of different carbonyl forming metals as well as from the simultaneous deposition of metals and non-metals. During the formation of the metal hairs by strengthening the chains as a result of metal deposition can use non-metallic substances continuously or intermittently at certain time intervals to be deposited with. On the other hand, it can also be intermittent during the deposition of metals Superficial oxidation, nitration, etc. take place at certain time intervals.
Die Einlagerung oder zonenartige Abscheidung von Nichtmetallen wird u. a. zu dem Zweck herbeigeführt, um ein Wachstum der Kristalliten der poly-The storage or zone-like deposition of non-metals is among other things. brought about for the purpose a growth of the crystallites of the poly-
!kristallinen Metallhaare bei hohen Temperaturen zu unterdrücken.! crystalline metal hairs at high temperatures suppress.
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